استفاده از قطعات پلاستیكی آبكاری شده در اواخر دهه 1970 در صنایع مختلف گسترش چشمگیری یافت، به طوری كه به سرعت در صنایعی نظیر خودرو سازی، الكترونیك و مصارف تزئینی به ویژه تولید وسایل خانگی كاربرد وسیعی یافتند1 مثالهایی كه از این كاربردها در ادامه آورده شده است

بررسی چسبندگی پوشش الكترولس به زیر لایه پلاستیكی در فرایند آبكاری پلاستیكها

بررسی چسبندگی پوشش الكترولس به زیر لایه پلاستیكی در فرایند آبكاری پلاستیكها

چكیده :

در اواخر دهه 1970 استفاده از پلاستیكهای آبكاری شده به منظور كاهش وزن و ایجاد پوششهای تزئینی بر روی برخی از قطعات خودرو اهمیت یافتند. هم زمان با آن توسعه صنعت الكترونیك استفاده از پلاستیكهای آبكاری شده در ساخت صفحات مدارهای چاپی به منظور ایجاد خاصیت هدایت الكتریكی اهمیت یبشتری یافت، به طوری كه با پیشرفت روز افزون این صنعت، بررسی خواص چسبندگی پوششهای فلزی به زیر لایه پلاستیكی مهم به نظر می‌رسند.

در این تحقیق ضمن معرفی فرآیند آبكاری پلاستیكها به بررسی برخی از عوامل موثر بر چسبندگی پوشش به زیر لایه پرداخته شده، به طوری كه عواملی نظیر خواص فیزیكی و شیمیایی پوششهای فلزی، چگونگی آماده ساختن زیرلایه پلاستیكی و خواص فیزیكی و شیمیایی زیر لایه پلاستیكی به عنوان مهم ترین عوامل موثر بر چسبندگی پوششهای فلزی به زیر لایه پلاستیكی ارزیابی شده اند.

 

1- اهمیت آبكاری پلاستیكها

استفاده از قطعات پلاستیكی آبكاری شده در اواخر دهه 1970 در صنایع مختلف گسترش چشمگیری یافت، به طوری كه به سرعت در صنایعی نظیر خودرو سازی، الكترونیك و مصارف تزئینی به ویژه تولید وسایل خانگی كاربرد وسیعی یافتند[1]. مثالهایی كه از این كاربردها در ادامه آورده شده است.

الف – صنعت خودرو

پلاستیكهای آبكاری شده هم به منظور زیبایی و هم به منظور افزایش مقاومت به خوردگی در قسمتهای مختلف خودرو استفاده می‌شوند. به عنوان مثال برخی از پلاستیكهای آبكاری شده مقاوم به سایش نظیر پلی اورتان در قسمت‌های داخلی اتومبیل استفاده شده‌اند، ضمن این كه از قطعات پلاستیكی آبكاری شده كه دارای خاصیت مقاومت به ضربه باشند نیز می‌توان در سپرهای خودرو استفاده كرد. در شكل (1) نمونه ای از این كاربرد نشان داده شده است.

ب – صنعت الكترونیك

در صنعت الكترونیك ، آبكاری پلاستیكها به منظور ایجاد خاصیت هدایت الكتریكی انجام می شود كه نمونه بارز این كاربرد در ساخت صفحات مدارهای چاپی (P.C.B) Printed Circuit Board می‌باشد [2] .

شكل (2) نمونه ای از این كاربرد را در ساخت صفحات مدارهای چاپی نشان می‌دهد.

ج – جنبه های تزئینی

استفاده از پلاستیكهای آبكاری شده به دلیل خاصیت مقاومت به خراش و خواص زینتی پوششهای ایجاد شده به طور وسیع در تولید وسایل خانگی مورد توجه قرار گرفته اند.[1]

درشكل (3) نمونه‌ای از این كاربرد نشان داده شده است.

2- معرفی پوشش الكترولس

آبكاری الكترولس عبارت است از احیاء شیمیایی با اتوكاتالیتیكی یونهای فلزی موجود در وان الكترولس بر روی سطح قطعات. در این فرایند پوششی یكنواخت از فلز مورد نظر به وسیله یك سری واكنشهای شیمیایی بر روی سطح قطعه ایجاد می‌شود.

پرمصرف ترین پوشش‌های فلزی كه در آبكاری الكترولس مورد استفاده قرار می‌گیرند، مس و نیكل می‌باشند. كه درادامه به مكانیزم اصلی عملیات آبكاری الكترولس نیكل اشاره می‌شود[3].

3- اجزاء حمام الكترولس

به طور كلی در حمام الكترولس هشت جزء وجود دارد:

3-1- منبع یونهای نیكل

متداول‌ترین نمكهای به كار رفته در فرایند الكترولس نیكل، سولفات نیكل و كلرید نیكل می‌باشند، به طوری كه غلظت یونهای نیكل در حمام‌های اسیدی بین 4 تا 10 گرم در لیتر می‌باشند. [4و5]

3-2- هیپوفسفیت سدیم

این ماده یونهای نیكل را در محلول به شكل عنصر، احیاء می كند به طوری كه در طی فرایند احیاء آنیونهای هیپوفسفیت به ارتوفسفیت تجزیه شده و گاز هیدروژن ایجاد می‌گردد. ضمن آن كه درصد فسفر تا حدود 15 درصد نیز در رسوب نیكل ظاهر می‌شود. [3]

3-3- بافرها

وظیفه بافرها جلوگیری از تغییرات PH در حمام می‌باشد به طوری كه از افزایش بیش از حد اسیدیته محلول در طی رسوب گذاری جلوگیری می‌كنند.[3]

3-4- كمپلكس كننده ها

این اجزاء تقریباً اسیدهای آلی بوده كه معمولاً دی كربوكسیلاتها می‌باشند. این مواد تاثیر دو گانه ای دارند زیرا اولا باعث كاهش نرخ رسوب گذاری شده، ثانیاً همانند یك بافر عمل می كنند[3].

3-5- شتاب دهنده ها

شتاب دهنده‌هایی نظیر تركیبات فلوئوریدی و تیواوره در حد ppm2 تا 20 باعث افزایش نرخ رسوب گذاری می‌شوند [4].

3-6- پایدار كننده ها

وظیفه پایدار كننده‌هایی نظیر تركیبات سرب، كادمیم و روی یا تركیبات سیانیدی در حد ppm1 تا 10 این است كه از تجزیه خود به خودی حمام در اثر حرارت اضافی یا وجود عناصر ناخالصی (ذرات گرد وغبار) جلوگیری می‌كنند.[3]

3-7- عوامل تر كننده :

این مواد باعث كاهش كشش سطحی حبابهای گازی ایجاد شده در حمام می شوند و از ایجاد حفرات گازی بر روی رسوب جلوگیری می‌كنند[3].

3-8- متعادل كننده ها:

این مواد باعث افزایش نرخ رسوب گذاری به وسیله تبدیل یون ارتوفسفیت به هیپوفسفیت می شوند[3].

4- معرفی پروسه آبكاری پلاستیكها

عمده فرایند آبكاری پلاستیكها مربوط به عملیات پیش از آبكاری است، به طوری كه از هفت مرحله پروسه مربوط به آبكاری پلاستیكها به روشهای متداول (مانند الكتروپلیت یا الكترولس) امكان پذیر گردد[1].

این مراحل عبارتند از :

الف – آمده سازی اولیه

در این مرحله عملیات تمیز سازی سطح و چربی زدایی به وسیله محلول‌های اسیدی و قلیایی انجام می‌شود [6].

ب- اچ كردن

هدف از این مرحله افزایش انرژی سطحی قطعه پلاستیكی و ایجاد زیری میكروسكوپی و تغییرات شیمیایی در سطح پلاستیك می‌باشد كه در نهایت قطعه پلاستیكی آماده پذیرش رسوب فلزی با چسبندگی مناسب می شود. درواقع وظیفه ماده اچ كننده جدا كردن یك ماده پلیمری فعال از سطح پلاستیك و یا تغییر در شیمی سطح پلاستیك می‌باشد. به عنوان مثال در مورد پلیمر اكریلونیتریل بوتادین استایرن (A.B.S) ‏ ، ذرات بوتادین به وسیله محلول اچ اكسید شده و در محلول حل می‌شوند و درنهایت حفرات میكروسكوپی در سطح قطعه به وجود می آیند. محلول اچ كننده مورد استفاده در این حالت تركیبی از اسید سولفوریك واسید كرمیك می‌باشد[1و6].

ج – اچ كردن

در این مرحله به منظرو برطرف كردن یونهای كرم شش ظرفیتی باقی مانده ناشی از مرحله اچ كردن، از اسید كلریدریك رقیق استفاده می شود[1و6].

د- كاتالیز كردن ( فعال سازی)

در این مرحله مقدار كمی پالادیم یا نقره همراه با تركیبات قلع روی سطح پلاستیك به صورت شیمیایی رسوب می كند.

پالادیم ممكن است به روش تك مرحله ای یا دو مرحله ای روی سطح رسوب كند. در  روش دو محرله ای از دو حمام جداگانه حاوی تركیبات قلع و تركیبات پالادیم استفاده می شود، ولی در روش تك مرحله ای عملیات فعال سازی در یك حمام جداگانه حاوی تركیبات قلع و تركیبات پالادیم اسفتاده می شود، ولی در روش تك مرحله ای عملیات فعال سازی در یك حمام حاوی تركیبات قلع و پالادیم انجام می‌شود. [1و6]

ه- شتاب دادن

در این مرحله عامل هیدروكسید قلع از روی سطح پلاستیك به وسیله محلول اسید كلریدریك رقیق یا یك نمك اسیدی جهت آماده سازی برای مرحله بعدی پوشش دهی برداشته می شود.

و- ایجاد پوشش الكترولس

پس از عملیات شتاب دهی، عملیات پوشش دهی در حمام الكترولس قلیایی انجام می شود كه در این حالت ضخامت 25/0 تا 5/0 میكرون از پوشش نیكل یا مس به طور یكنواخت بر روی سطح قطعه تشكیل می‌شود[1و6]

ز- آبكاری ثانویه

پس از ایجاد یك پوشش بسیار نازك هادی بر روی سطح قطعه می‌توان ضخامت پوشش را به روش‌های آبكاری متداول نظیر الكتروپلیت با الكترولس افزایش داد [1و7]. در شكل (4) تصویر شماتیكی از مراحل آبكاری پلیمری اكریلونیتریل بوتادین استایرن نشان داده شده است.

5- پلاستیكهای قابل آبكاری

پلاستیكهای قابل آبكاری به آن دسته از پلاستیكهایی گفته می‌شود كه پس از آبكاری، چسبندگی مناسبی بین پوشش و قطعه پلاستیكی به وجود می‌آید [1و7]. برخی از پلاستیكهای قابل آبكاری متداول عبارتند از اكریلونیتریل بوتادین استایرین (A.B.S) ، پلی پروپیلن (P.P) ، پلی سولفون ، پلی فنیلن اكساید، پلی كربنات، پلی استر، نایلون، پلی اتریمید و پلی اتیل اتركتون.

6- معرفی خواص

6-1- خواص پوشش‌های الكترولس

به طور كلی خواص پوشش‌های الكترولس شامل موارد زیر می‌باشند[3]:

الف – یكنواختی ضخامت پوشش در تمامی نقاط قطعه بدون توجه به شكل هندسی آن.

ب – ایجاد پوشش برای تمام زیر لایه‌ها اعم از رسانا، نیمه رسانا و نارسانا.

ج – هدایت الكتریكی و قابلیت لحیم پذیری مناسب

د – مقاومت به خوردگی بالا.

ه – سختی نسبتاً‌بالا

و – اصطكاك سطحی پایین

ز – جنبه تزئینی پوششهای الكترولس

6-2- خواص زیر لایه پلاستیكی

به منظور بررسی خواص زیر لایه به برخی از مزایا و معایب عمومی قطعات پلاستیكی اشاره می‌گردد[1و7]:

6-2-1- مزایا:

الف. آزادی بیشتر در طراحی قطعه بدون توجه به ابعاد و شكل هندسی قطعه.

ب. حذف عملیات پرهزینه ثانویه مانند ماشین كاری.

ج. پایین بودن وزن قطعه،

د. هزینه پایین قطعات پلاستیكی نسبت به فلزات.

ه- تغیر شكل آسان با كیفیت سطح استثنایی.

و. مقاومت به خوردگی بالا.

ز. قابلیت انعطاف پذیری و خواص ارتجاعی مناسب.

ط. استحكام فشاری مناسب و نسبت استحكام به وزن مطلوب.

6-2-2- معایب:

الف. محدودیت كاربرد قطعات پلاستیكی در دماهای پایین.

ب. ضریب انبساط حرارتی بالا.

ج. استحكام كششی ضعیف.

د. عدم وجود خاصیت هدایت الكتریكی.

6-3- خواص پلاستیكهای آبكاری شده

در نتیجه عملیات آبكاری بر روی قطعات پلاستیكی، خواص قطعه از لحاظ سختی، مقاومت به خراش، هدایت الكتریكی ، سفتی، الاستیسیته و ضریب انبساط حرارتی بهبود می‌یابد. بهبود عملكرد این قطعات در شرایط كاری به استحكام چسبندگی در فصل مشترك فلز / پلاستیك بستگی دارد[7]:

لذا عوامل مؤثر بر چسبندگی این پوششها به زیر لایه پلاستیكی به صورت زیر ارزیابی شده اند:

الف. خواص فیزیكی و شیمیایی زیر لایه پلاستیكی.

ب. نحوه آماده سازی زیر لایه پلاستیكی به منظور عملیات پوشش دهی.

ج . خواص فیزیكی و شیمیایی رسوبات فلزی.

6-3-1- خواص فیزیكی و شیمیایی زیر لایه پلاستیكی

این خواص به طور كلی عبارتند از:

الف – ضریب انبساط حرارتی

اختلاف بیش از حد ضریب انبساط حرارتی بین زیر لایه پلیمری با پوشش فلزی باعث تاول زدن پوشش از زیر لایه و چسبندگی ضعیف پوشش در سیكلهای مختلف حرارتی می‌شود[7].

ب – دمای اعوجاج حرارتی

این عامل نیز به مانند ضریب انبساط حرارتی تأثیر به سزایی در چسبندگی پوشش به زیر لایه در شرایط كاری خواهد گذاشت [7]. 

جهت دریافت فایل  بررسی چسبندگی پوشش الكترولس به زیر لایه پلاستیكی در فرایند آبكاری پلاستیكهالطفا آن را خریداری نمایید